Structural integrity analysis of trunnion studs under cathodic protection based on pre-cracked and notched specimens

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Abrasive wear of polymeric materials for flexible risers protection layers in deep water oil and gas production

Abrasion due to rubbing of flexible pipes against sediment layer is an Emportant degradation mechanism in deep-water oil and gas production. In order to protect such flexible pipes against abrasive wear, polyethylene (PE), polyurethane (PU), polyamide (PA) or Rubbers may be selected. This is justified due to their excellent corrosion résistance to sea water, maintaining at the same time, the structural integrity and enough flexibility. However, at the touch down point region (TDP), the relative movement provoked by the sea streams and/or displacements of the platform can lead lo excessive abrasive wear of these polymeric sleeves. To evaluate the wear performance of some polymeric materials it was used a pin-on- drum tester. The main characteristics of this equipment are described in the DIN 53.516 norm. The wear tests were carded out in water at temperatures of 4, 25 and 4CcC. The normal applied lead was also varied (5, 10 and 15 N), Additionally, the Shore A and D hardness of the samples worn measured. Different materials were tested, such as: polyurethanes, rubbers, polyamides and polyetilenes. The structural characterization was performed by some experimental technique, like DSC, FTIR, TGA E SEM- EDS. To evaluate the wear performance, the samples were weighted before and after the teats by using a piece of equipment with a resolution of 10’5 g The wear mechanisms were characterized by means of SEM analysis. Since these materials can experience water induced reactions in the absence of light and microorganisms, leading to wear behaviour changes, a study was undertaken to investigate Ihe possible hydrolysis effects on their abrasive wear behaviour. The hydrolysis tests were carried out under hyperbaric pressure (200 bar) in synthetic seawater at a temperature of 25 °C. The polymeric materials were held in the hyperbaric vessel for 125 days and, after that, their wear behaviour were analyzed and compared with those observed on protection layer materials before their use. Additionally, it was performed an analysis of the degradation level observed in the metallic banding, that fixes the polymeric protection layer, The results showed that the tested polyurethanes have a wear resistance remarkably superior to the other materials and that, under the used test conditions, the temperature has little influence in the wear process. The wear behavior also did not suffer any modification after the induced degradation tests. Moreover, the hardness results showed no clear correlation with the wear results. The crevice corrosion observed in the Inconel® 625 banding can lead to a failure in a long term use. Finally, preliminary résulte of four months hydrolysis tests shewed that the investigated materials (PU, PE, PA and rubber} are not subjected to this kind of degradation.Dissertação (Mestrado)Na condução de petróleo em águas pretendas são utilizadas linhas flexíveis que, pelo fato de estarem inseridas em um ambiente corrosivo, têm seus elementos metálicos protegidos por materiais poliméricos. Estes revestimentos são caracterizados por sua alta inércia química, além de ler função estrutural sem prejudicar a flexibilidade necessária à linha. No entanto, na região de início do contato da linha com o solo marinho (Touch Down Poinf), a movimentação relativa provocada por correntes marinhas e/ou deslocamentos da plataforma podem levar a um acentuado processo de desgaste abrasivo desses revestimentos poliméricos. Para avaliar o desempenho, tanto de materiais atualmente aplicados, como de outros com potenciais de aplicação para este fim, foram realizados ensaios abrasométricos do tipo pino-sobre-cilindro. Para a realização dos ensaios foi desenvolvido um equipamento, cujas características principais atendem á norma DIN 53.516. Os ensaios de desgaste foram realizados em ambiente submerso (água) nas temperaturas de 4, 25 e 40°C e cargas normais de 5, 10 e 15 N. Adicionalmente, foram medidas as durezas Shore-A e D dos materiais. Foram testados nove materiais sendo uma poliam ida. (rês borrachas, dois poflíetllenos e três po Ei ureia nos. A caracterização estrutural destes materiais foi realizada através de varras técnicas exploratórias quais sejam: DSC. FTIR. TGA e MEV-EDS. A avaliação do desgaste foi feita através do método grevimétrico interrompido, sendo a medição de massa realizada em uma balança de 10'5 g de resolução. Os mecanismos de desgaste foram caracterizados através de análises no MEV Além disso, foram realizados ensaio de degradação induzida em câmara hiperbárica contendo água do mar sintética. Apôs cada um dos sete períodos compreendidos entre 125 dias de exposição, as amostras foram submetidas a ensaios de desgaste. Adicional mente foi realizada urra análise da degradação observada na cinta metálica que fixa os revestimentos poliméricos atualmente aplicados às linhas na região de TDP. Os resultados mostraram que os poliuretanos testados possuem uma resistência ao desgaste abrasivo notavelmente superior aos outros materiais, e que, sob as condições de carga usadas, a temperatura possui pouca influência da taxa de desgaste. A taxa de desgaste também não sofreu alteração após os ensaios de degradação induzida. Além disso, os resultados de dureza, não mostraram nenhuma correlação clara com os resultados da desgaste. Nas cintas metálicas, a perda de espessura, sobretudo devido à corrosão por fresta, pode levar a falha da estrutura a longo prazo